纳米硒叶面喷施对猕猴桃品质与风味的调控机制及代谢通路研究

本研究针对功能性水果品质提升需求，通过叶面喷施不同浓度纳米硒（0-25 mg/L），采用GC-MS、GC-IMS和LC-MS等多组学技术，揭示15 mg/L纳米硒可显著提升猕猴桃可溶性固形物、硒含量及抗氧化酶活性，鉴定出109种挥发性物质并阐明其通过α-亚麻酸代谢等通路调控风味的机制，为富硒水果精准栽培提供新策略。

　　

随着消费者对功能性水果需求的增长，如何通过安全有效的方式提升水果营养价值和风味品质成为农业科学领域的重要课题。猕猴桃作为维生素C含量极高的浆果，其独特的风味特征主要由醛类、酮类等挥发性有机物(VOCs)决定。然而，传统硒强化方法存在吸收效率低、环境毒性风险等问题，而纳米硒(nano-Se)因其高生物利用度和低毒性特点，在品质调控方面展现出独特优势。但关于纳米硒如何通过代谢重编程影响猕猴桃风味形成的机制尚不明确，这限制了其在精准农业中的应用。

为解决这一科学问题，河南省农业科学院的研究团队在《Food Chemistry: X》发表了创新性研究。该研究通过系统比较不同浓度纳米硒处理对"徐香"猕猴桃生理指标、挥发性组分和代谢通路的影响，首次揭示了纳米硒通过多靶点调控风味物质合成的分子机制。研究采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)和离子迁移谱(GC-IMS)双技术平台分析挥发性组分，结合非靶向代谢组学(LC-MS)和自动化氨基酸分析技术，构建了"硒浓度-代谢响应-风味形成"的完整调控网络。

关键实验方法
研究选取7年生"徐香"猕猴桃为材料，设置0(CK)、10(T1)、15(T2)、20(T3)和25(T4) mg/L五个纳米硒处理组。通过叶面喷施方式在幼果期和果实膨大期进行干预，采收后采用HS-SPME-GC-MS分析挥发性组分，GC-IMS技术鉴别异构体，LC-MS进行非靶向代谢组学检测，同时测定总硒含量、超氧化物歧化酶(SOD)等生理指标。

化学组分与抗氧化特性
纳米硒处理显著改变了猕猴桃的生理生化特征。当浓度为15 mg/L(T2)时，各项指标达到峰值：硒含量(0.027 mg/kg)较CK提升2700%，维生素C(121.52 mg/100g)增加28.5%，SOD(79.44 U/g)和过氧化物酶(POD)(60.40 U/g)活性显著增强。值得注意的是，丙二醛(MDA)含量降低17.3%，表明纳米硒有效缓解了氧化损伤。这种"低促高抑"的剂量效应说明适度硒浓度可激活植物抗氧化系统，而过量则产生毒性效应。

氨基酸代谢重塑
T2组总氨基酸含量(1059.02 mg/100g)较CK提升16.8%，其中谷氨酸(Glu)增幅达18.6%，精氨酸(Arg)增加71.6%。作为风味前体物质，这些氨基酸通过Strecker降解等途径转化为醛类挥发性物质。研究首次发现纳米硒可能通过调节ABC转运蛋白和谷氨酰胺代谢通路，促进风味相关氨基酸的积累。

挥发性物质指纹图谱
GC-MS鉴定出59种VOCs，醛类占比71.83%。关键呈香物质2-己烯醛在T2组含量达495.41 μg/kg，其气味活性值(OAV)为16.51。GC-IMS进一步揭示1-辛烯-3-酮(OAV=293.33)和2-壬烯醛(OAV=60.00)为T2组特有物质，赋予果实蘑菇和黄瓜香韵。二维差异图谱显示，纳米硒处理使(E)-2-己烯醇等12种物质显著上调，而α-古巴烯等萜烯类物质下调，这种"增醛减萜"的代谢重编程是风味改良的关键。

代谢通路解析
KEGG分析表明，T2组差异代谢物显著富集于α-亚麻酸代谢(ko00592)和苯丙烷类生物合成(ko00940)通路。其中亚麻酸通过LOX途径生成C₆
醛类，而苯丙氨酸衍生的2-苯乙醇等物质共同构成果实的青草香。研究还发现纳米硒激活了谷胱甘肽代谢，这可能是其增强抗氧化能力的分子基础。

这项研究不仅证实15 mg/L纳米硒是猕猴桃品质调控的最适浓度，更重要的是阐明了硒纳米颗粒通过多代谢通路协同调控风味物质的分子机制。该成果为开发富硒功能性水果提供了理论依据和技术支撑，同时建立的GC-IMS与GC-MS联用策略为果实香气研究提供了新方法。未来研究需关注长期施用纳米硒对土壤生态的影响，以及通过感官评价验证风味改良效果，这些工作将推动纳米硒在精准农业中的安全应用。